细菌 “高科技” 防御机制 Zorya 系统：开启生物技术研究新视野

《BIOspektrum》：Zorya: Wenn Bakterien Hightech-Abwehr betreiben

为探究细菌 Zorya 抗噬菌体系统机制，研究人员结合多种技术，揭示其结构功能，为生物技术研究提供新思路。

　　

细菌 “高科技” 防御机制的探索之旅：Zorya 系统研究解读

在微观的生命世界里，细菌与噬菌体之间无时无刻不在上演着一场激烈的 “战争”。长久以来，人们都知道人类拥有一套精妙复杂的免疫系统，能抵御外界病原体的侵袭。但随着 CRISPR-Cas（规律成簇间隔短回文重复序列及其相关蛋白系统，是细菌的一种适应性免疫系统）的发现，科学界才惊觉，细菌也有着自己独特的防御手段，它们能巧妙应对噬菌体 —— 这类专门感染并摧毁细菌的病毒。

近年来，随着生物信息分析技术的飞速发展，越来越多细菌的免疫系统被挖掘出来，其中就包括 2018 年以色列魏茨曼科学研究所罗泰姆?索雷克斯（Rotem Soreks）研究小组发现的 Zorya 系统，这个名字源于斯拉夫神话中的女神。尽管 Zorya 系统被发现，但在此之前，它精确的分子运作方式却如同蒙上了一层神秘的面纱，鲜为人知。这一知识空白不仅限制了人们对细菌免疫机制的深入理解，也阻碍了相关生物技术的进一步发展。比如在合成生物学领域，由于不清楚 Zorya 系统的详细机制，难以将其应用于设计更高效的生物工程菌；在对抗细菌感染方面，也无法利用该系统开发创新的治疗策略。为了填补这一空白，解开 Zorya 系统的奥秘，国际研究团队展开了深入研究，其成果发表在《BIOspektrum》上。

研究人员为了探究 Zorya 系统的分子机制，采用了冷冻电镜（Kryo-Elektronenmikroskopie）和荧光显微镜（Fluoreszenzmikroskopie）技术。冷冻电镜能够在接近生理状态下，对生物大分子的结构进行高分辨率解析，帮助研究人员看清 Zorya 系统中蛋白质的精细结构；荧光显微镜则可以实时观察细胞内分子的动态变化，为研究 Zorya 系统在细菌细胞内的运作过程提供了有力支持。研究过程中虽未提及样本队列来源，但凭借这两种关键技术，研究人员得以从分子层面深入剖析 Zorya 系统。

Zorya 系统的结构与激活机制

Zorya 系统的独特之处在于其模块化的蛋白质架构，这一架构使得细菌能够精确识别并降解噬菌体 DNA。研究发现，ZorA、ZorB、ZorC 和 ZorD 这四种核心蛋白在其中发挥着关键作用。ZorA 和 ZorB 形成膜相关复合物 ZorAB，它就像一个由质子驱动的旋转马达，在识别噬菌体感染和信号传导过程中扮演着决定性角色。ZorA 拥有细胞质结构域，ZorB 则具备肽聚糖结合结构域（Peptidoglykan-Bindedom?ne） 。在未被感染的正常状态下，由于细菌内膜与肽聚糖层之间的距离过大，ZorB 无法与细胞壁相互作用。然而，一旦噬菌体入侵细菌，细菌的膜结构就会发生改变，此时 ZorB 能够与肽聚糖层相互作用并被激活。这种激活过程如同按下了启动按钮，精准地招募效应蛋白 ZorC 和 ZorD 到 ZorA 位于细胞质的区域。

噬菌体 DNA 的识别与降解

被招募而来的 ZorC 会特异性地结合噬菌体 DNA，而 ZorD 则凭借核酸酶（Nuklease）活性，对噬菌体 DNA 进行靶向降解。通过这一系列紧密配合的过程，Zorya 系统能够精准地识别并摧毁侵入细菌细胞的噬菌体 DNA，有效阻止噬菌体 DNA 的复制，进而抑制噬菌体的繁殖。

与其他细菌免疫系统的差异

与许多其他细菌免疫系统不同，Zorya 系统展现出了独特的优势。不少已知的细菌免疫系统在应对噬菌体感染时，往往会触发宿主细胞的自我毁灭模式，以此来阻止感染循环。但 Zorya 系统却能在噬菌体 DNA 刚进入细菌细胞时，就对其进行靶向降解，让细菌在抵御噬菌体攻击的同时，还能保持存活并正常发挥功能。这一特性使得 Zorya 系统在众多细菌免疫系统中脱颖而出。

此次研究成功揭示了 Zorya 抗噬菌体系统的详细分子机制，让人们首次得以深入了解其结构和功能。这一成果意义重大，为生物技术研究开辟了新的视角。从长远来看，它有望推动合成生物学领域的创新发展，例如利用 Zorya 系统设计更具抗性的工程菌；同时，也为对抗细菌感染提供了全新的思路，或许未来能基于此开发出更有效的抗菌策略。不过，目前的研究只是初步探索，未来还需要进一步深入研究 Zorya 系统在不同环境下的功能，以及如何将其更好地应用于实际。但无论如何，这项研究都为生命科学和健康医学领域的发展奠定了重要基础，让人们对细菌世界的防御机制有了更为深刻的认识。